INVITED REVIEW
SARS-CoV-2’nin genom organizasyonu
Ali Rıza Babaoğlu
1*, Seval Bilge Dağalp
2, Fırat Doğan
3, Gülizar Acar Kırmızı
4 1Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi Veteriner Fakültesi Viroloji Anabilim Dalı, Van, Türkiye 2Ankara Üniversitesi Veteriner Fakültesi Viroloji Anabilim Dalı, Ankara, Türkiye 3Hatay Mustafa Kemal Üniversitesi Veteriner Fakültesi Viroloji Anabilim Dalı, Hatay, Türkiye 4Atatürk Üniversitesi Veteriner Fakültesi Viroloji Anabilim Dalı, Erzurum, Türkiye Geliş:20.08.2020, Kabul: 12.10.2020 *arbabaoglu@yyu.edu.trGenomic organization of SARS-CoV-2
Eurasian J Vet Sci, 2020, Covid-19 Special Issue, 23-29 DOI: 10.15312/EurasianJVetSci.2020.294Eurasian Journal
of Veterinary Sciences
Covid-19 Special Issue
ÖzCoronaviridae ailesi Orthocoronavirinae ve Letovirinae olmak üzere iki alt aileden oluşmaktadır. Orthocoronavirinae alt ailesi serolojik ve genetik özelliklerine göre alfa, beta, gamma ve delta olmak üzere 4 ayrı genusta (cins) incelenmektedir. Coronaviridae ailesinde yer alan viruslar zarflı, 80-220 nm boyutunda ve pleomorfik yapıda ol-malarına rağmen, çoğunlukla küresel görünüm sergilemektedir. Bu viruslar 20 nm uzunluğunda belirgin ve taç şeklinde trimer spike adı verilen yüzey çıkıntılarına sahiptir. Coronaviruslar büyük RNA ge-nomuna sahip olmaları nedeniyle mutasyon ve rekombinasyon türü genom değişimleri, bu viruslarda daha fazla görülmektedir. Özellikle yarasa CoV'larının doğada çok sayıda farklı konakçı türünde sirküle olabilmesi, rekombinasyon ve mutasyon oranının artmasına ve yeni patojen CoV'ların ortaya çıkmasına yol açabilmektedir. Coronavirus-ların çoğalması konak hücrenin sitoplazmasında gerçekleşmektedir. Bu viruslar replikasyon için ilk önce S proteini ile hücre yüzey resep- törlerine tutunurlar. CoV'un konakçıda enfeksiyon oluşturabilmesin-de ve doku tropizminde temel belirleyici, virus S proteini ve konak hücre yüzey reseptörü arasındaki ilişkidir. SARS-CoV-2, Anjiyotensin dönüştürücü enzim 2'nin (Angiotensin-converting enzyme 2 - ACE2) farklı bölgelerine bağlanmaktadır. ACE2, kardiak fonksiyonu ve kan basıncının dengelenmesi için önemli bir hücre yüzeyi çinko-bağlayı-cı karboksipeptidaz olarak tanımlanmaktadır. SARS-CoV-2'nin, yeni bir pandeminin etiyolojik ajanı olarak tanımlanması ile birlikte yara- sa kökenli Coronavirusların moleküler biyolojisi ve patogenezine yö-nelik ilgiyi bir kez daha uyandırmıştır. Bu çalışmalar SARS-CoV-2’ye karşı oldukça kısa bir süre içinde spesifik antiviral ajan ve aşıların geliştirilmesi için kullanılabilecek çok sayıda fonksiyonel ve yapısal bilgi üretmiştir. Anahtar kelimeler: ACE 2, coronavirus, genom, replikasyon, SARS-CoV-2 Abstract The Coronaviridae family consists of two subfamilies Orthocorona-virinae and Letovirinae. Orthocoronavirinae subfamily is examined in 4 different genus (genus) as alpha, beta, gamma and delta according to their serological and genetic characteristics. Although the virus-es in the Coronaviridae family are enveloped, 80-220 nm in size and pleomorphic, they mostly exhibit a spherical appearance. These vi-ruses have prominent and crown-shaped surface protrusions called trimer spikes, 20 nm long. Since coronaviruses have a large RNA genome, genomic changes such as mutation and recombination are more common in these viruses. n particular, the fact that bat CoVs can circulate in many different host species in nature may lead to an increase in the rate of recombination and mutation and the emer-gence of new pathogen CoVs. The reproduction of coronaviruses takes place in the cytoplasm of the host cell. These viruses first at-tach to cell surface receptors with S protein for replication. The main determinant of CoV's ability to infect the host and tissue tropism is the relationship between virus S protein and host cell surface recep-tor. SARS-CoV-2 binds to different regions of angiotensin convert-ing enzyme-2 (ACE2). ACE2 is defined as an important cell surface zinc-binding carboxypeptidase for cardiac function and balancing of blood pressure. With the identification of SARS-CoV-2 as a etiologi-cal agent of a new pandemic, it has once again aroused interest in the molecular biology and pathogenesis of bat-borne coronaviruses. These studies have produced a lot of functional and structural in-formation that can be used for the development of specific antiviral agents and vaccines against SARS-CoV-2 in a very short time. Keywords: ACE 2, coronavirus, genome, replication, SARS-CoV-2 www.eurasianjvetsci.org
Giriş
Coronaviruslar (CoV) Coronaviridae ailesinde Arteriviridae,
Mesoniviridae ve Roniviridae aileleri ile birlikte en büyük vi- rus grubu olan Nidovirales dizini içinde yer almaktadır (Bur-rell ve ark 2016, Maclachlan ve Dubovi 2017, Harapan ve ark 2020). Coronaviridae ailesi
Orthocoronavirinae ve Letooviri-nae olmak üzere iki alt aileden oluşmaktadır (ICTV 2020). Orthocoronavirinae alt ailesi serolojik ve genetik
özellikle-rine göre alfa, beta, gamma ve delta olmak üzere 4 ayrı ge-nusta (cins) incelenmektedir (Maclachlan ve Dubovi 2017).
Alfa-CoV genusu; Canine Coronavirus, Feline Coronavirus,
Human Coronavirus ve Bat Coronavirus gibi birçok insan, hayvan ve yarasa CoV’lerini içermektedir. Beta-CoV genusu A, B, C ve D olmak üzere 4 ayrı gruptan oluşmuş ve SARS, MERS ve SARS-CoV-2’ye benzer şekilde CoV’ler bu genus içerisinde yer almaktadır. Gamma-CoV genusu kuş ve deniz memelileri-ni enfekte eden CoV türlerini kapsamaktadır. Yakın zamanda tanımlanan delta-CoV genusunda ise domuz ve çeşitli yaban kuşları viruslarının yanı sıra, vahşi bir Asya leopar kedisi vi-rusu da yer almaktadır. Şu anda kesin konakçıları olarak alfa ve beta CoV’lerin kökenlerinin yarasalar; gamma ve delta- CoV’lerin kökenlerinin ise kuşlar ve sıcakkanlı uçan omurga-lılar olduğuna inanılmaktadır (Maclachlan ve Dubovi 2017) (Şekil 1). Coronavirusun yapısal özellikleri, viral proteinler ve ge-netik değişimler Coronaviridae ailesinde yer alan viruslar zarflı, 80-220 nm boyutunda ve pleomorfik yapıda olmalarına rağmen, çoğun-lukla küresel görünüm sergilemektedir. Bu viruslar 20 nm
24
uzunluğunda belirgin ve taç şeklinde trimer spike adı verilen yüzey çıkıntılarına sahiptir. Nükleokapsid (N) proteini ile ge- nomik RNA’nın birleşmesi ve viral zarf (M) proteini ile çevril- mesi sonucu helikal simetrili nükleokapsid oluşmaktadır. Co-ronaviridae ailesinin önemli viral proteinleri Nükleokapsid (N), Spike (S), Matrix (M) ve Zarf (E) olarak sayılabilir. N pro-teini (50-60 kDa) RNA genomuna bağlanan tek proteindir. Bu protein, N-terminal domain (NTD) ve C-terminal domain (CTD) olmak üzere iki ayrı domainden oluşmaktadır. Optimal RNA bağlantısı için her iki domainin de katkı sağlamasının gerektiği düşünülmektedir. Ayrıca virion oluşumu ile sonuç- lanan viral paketleme ve tomurcuklanmada da rol oynamak-tadır. Viral zarf proteinleri; (1) trimer spike glikoproteini (180-220 kDa/monomer) virusun konak hücre yüzey resep- törlerine tutunmasını ve daha sonra hücreye girişini sağla-maktadır (Kirchdoerfer ve ark 2016), (2) üç transmembran domaine sahip M proteini (23-35 kDa), en çok bulunan yapı- sal proteindir ve viral zarfın şeklini oluşturmaktadır. S pro-teini ile M proteininin etkileşimi, S proteininin endoplazmik retikulum-golgi aracılı kompartımant (ERGIC)/golgi komp-leksine tutunması ve yeni virionlara katılımı için gereklidir (Fehr ve Perlman 2015). M proteinin N proteine bağlanması nükleokapsidi ve virionların iç kısmını stabilize etmekte ve sonuçta viral olgunlaşma sürecine yardımcı olmaktadır (Ma-lik 2020). (3) E proteini en küçük major yapısal proteindir (∼9-12 kDa). E proteini bir transmembran protein olarak iyon kanalı aktivitesi ile bir N-terminal ektodomain ve bir C-terminal endodomaine sahiptir. Viral replikasyon sürecin-de enfekte hücrenin içinde bol miktarda E proteini eksprese edilmekte, ancak viral zarfın yapımına küçük bir bölümü da- hil edilmektedir. Bu proteinin önemli bölümü viral olgunlaş-ma ve tomurcuklanmaya katılmaktadır (Venkatagopalan ve Eurasian J Vet Sci, 2020, Covid-19 Special Issue Şekil 1. Önemli insan ve hayvan coronaviruslarının sınıflandırılmasıark 2015). E proteini ile birlikte M proteini enfekte hücrede virusların olgunlaşması ve tomurcuklanmasında gereklidir (Malik 2020) (Şekil 3A).
Bazı beta-CoV’ler karakteristik olarak 5 nm uzunluğunda sı-nıf I membran glikoprotein dimerinden oluşan daha küçük hemaglutinin-esteraz olarak adlandırılan ikinci çıkıntılara (HE, 65 kDa/monomer) sahiptir. Coronavirus, torovirus ve orthomyxovirusa ait hemaglutinin-esteraz (HE) genine yö-nelik sekans analizlerine göre, bu protein bağımsız olarak ve homolog olmayan rekombinasyon sonucu (muhtemelen enfekte hücrelerden) sonradan kazanılmıştır. Doğal enfeksi-yonlarda coronavirusa karşı spesifik nötralizan antikorların çoğu S proteinin (yüzey glikoprotein) N-terminal kısmında
bulunan konformasyonel epitoplara yönelik olarak oluşmak-tadır. Hücresel bağışık yanıt, özellikle S ve N proteinlerine karşı gelişmektedir. CoV’lerin standart yapısal proteinleri-nin yanı sıra, genomun farklı bölgelerinde kodlanan değişik sayılarda yardımcı (aksesuar) proteinler de bulunmaktadır. Bu proteinler in vitro replikasyon aşamasında gerekli olma- yabilir ancak in vivo olarak virus toleransını arttırabilmek-tedir. Örneğin SARS-CoV’de yardımcı proteinler ORF 3b ve 6 tarafından kodlanmaktadır. Bu proteinlerin rolleri spesifik olarak tip I interferon yanıtının gelişimini engelleyerek, do-ğal bağışık yanıtın antagonistleri olarak sayılmakta ve bunun yanında diğer yardımcı proteinlerin spesifik rolleri de büyük ölçüde bilinmemektedir. Söz konusu proteinler CoV grupları içinde homolog versiyonlara sahiptir ancak farklı gruplarda-Şekil 2. Alfa ve Beta-CoV genusunda yer alan ve SARS ile ilişkili olan bazı insan CoV’lerin filogenetik analizi (ICTV 2020) Şekil 3. A) Coronavirusunun şematik yapısı (CDC 2018) B) Beta-CoV’nin genomik yapısı (Payne 2017)
26
ki proteinlerde benzerlik bulunmamaktadır. Örneğinbeta-CoV’lerde HE proteini bir yardımcı protein rolü oynarken MHV HE-delesyon mutantlarında in vitro olarak vahşi tip virus gibi replike olabilmektedir (Greenwood ve ark 2012, Maclachlan ve Dubovi 2017, Payne 2017).
CoV’lerde fiziko-kimyasal özellikleri SARS-CoV ve MERS-CoV’de iyi çalışılmıştır. SARS-CoV-2, UV veya 56˚C sıcaklıkta 30 dakikada inaktive olabilmektedir. Virus dietil eter, %75 etanol, klor, perasetik asit, kloroform ve diğer yağ çözücüler gibi birçok dezenfektanlara karşı duyarlıdır (Yi ve ark 2020). SARS-CoV ve MERS-CoV’ye benzer şekilde SARS-CoV-2’de 20˚C sıcaklıkta kuru laboratuvar ortamında 48 saat ve %40- 50 nem oranında 5 güne kadar canlı kalabilmektedir. SARS- CoV-2’nin plastik ve paslanmaz çelik yüzeylerde bakır ve kar-tondan daha stabil olduğu ve bu yüzeylerde 72 saate kadar canlı kalabildiği tespit edilmiştir. Karton üzerinde SARS-CoV-2’nin yarı ömrü SARS-CoV’den daha uzun ve her iki virusun da en uzun süre paslanmaz çelik ve plastik üzerinde canlı kalabildiği tespit edilmiştir (Van Doremalen ve ark 2020, Yi ve ark 2020).
CoV’lerde tahmini mutasyon oranı diğer tek iplikçikli RNA (ssRNA) viruslarına oranla orta ile yüksek arasında değiş- mekte olup, ortalama değişim oranı 10-4/yıl/yer olarak be-lirlenmektedir (Su ve ark 2016). SARS-CoV ve MERS-CoV’de tüm genom bazında nükleotid mutasyon oranı sırasıyla 0.8- 2.38 x 1-3 ve 1.12 x 10-3/yıl/yer olarak tahmin edilmekte-dir. Bununla birlikte CoV’lerin büyük RNA genomuna sahip olmaları nedeniyle mutasyon ve rekombinasyon türü genom değişimleri, bu viruslara ekstra esneklik kazandırmaktadır. Bu nedenle, doğal koşullar altında türler arası değişkenlik, türler arası “konak atlama” ve yeni CoV’lerin ortaya çıkma olasılığı artmaktadır (Woo ve ark 2009).
Rekombinasyon türü genetik değişimin temel nedeni, viru-sun yaşam döngüsündeki replikasyonuna dayanmaktadır. Viral replikasyon sırasında bir dizi subgenomik RNA üretil-mekte ve yakın ilişkili genler farklı CoV genetik hatlarından (lineage) veya diğer viruslardan homolog rekombinasyon oluşumuna neden olmaktadır. Aynı zamanda, çoklu konakçı türlerinde sirküle olan CoV’ler rekombinasyon oluşum ora-nını da arttırmaktadır. CoV’lerde genetik rekombinasyonun kesin mekanizması belirsizliğini korumaktadır; viral genom- daki “kırılma noktaları” olarak bilinen rekombinasyon böl-geleri farklı rekombinant suşların, farklı kırılma noktalarına sahip olması gibi iki farklı viral suş veya genotip arasındaki rekombinant genlerin rastgele geçiş noktası olarak görül-mektedir (Su ve ark 2016). SARS-CoV, alfa ve gamma-CoV genuslarıyla birlikte rekombi-nant geçmişine sahiptir. SARS-CoV TOR2 suşunun nükleotid sekans analizine dayanarak RNA’ya bağımlı RNA polimeraz (RdRp, nsp12), nsp9, nsp10 ve nsp14 genlerinde birçok spe-sifik kırılma noktası ve çok sayıda daha küçük rekombinant
bölgeleri tanımlanmaktadır. SARS-CoV CV7 suşunun geno-munu analiz eden bir başka çalışma, SARS-CoV ve diğer altı PEDV, TGEV, BCoV, H229E, MHV ve IBV gibi CoV’lar arasında muhtemelen yedi rekombinasyon yerinin bulunduğunu bil- dirilmektedir. Bu ayrıca, SARS-CoV'nin seri horizontal bulaş-masının, genetik rekombinasyonla ortaya çıktığını ve yeni konağına adaptasyon sürecini geliştirdiğini göstermektedir (Su ve ark 2016). SARS ile ilişkili yarasa–CoV’ler arasında, SARS-CoV suşları ile diğer yarasa CoV’leri ve misk-CoV’den oluşan yeni rekombinant türler tespit edilmektedir. Suudi Arabistan’daki MERS-CoV salgınının, virusun farklı genetik hatları (lineage 3, 4 ve 5) arasındaki rekombinasyon yoluyla ortaya çıktığı bilinmektedir (Wang ve ark 2015).
RdRp genine dayalı filogenetik analizler SARS-CoV-2 izolat- larının homojen bir populasyon oluşturduğunu ortaya koy- maktadır. SARS-CoV-2’nin de SARSr-CoV-RaTG13 ve Pango-lin SARSr-CoV’ler gibi geliştiği ve ortak bir soydan geldiği görülmektedir. SARS-CoV tek bir küme oluştururken, yarasa- CoV’leri birden çok küme oluşturmaktadır. CoV’lerin popu- lasyon temelli analizleri, hem SARS-CoV-2'nin hem de SARS-CoV'nin ayrı kümeler oluşturduğunu ortaya çıkarmaktadır. Yarasa-CoV’leri, yarasaların zoonotik bulaşmalardan sorum- lu olan SARS-CoV ve SARS-CoV-2 gibi virusları barındırdık-larını ve rezervuarları olarak hizmet ettiğini göstermektedir (Kasibhatla ve ark 2020). SARS-CoV-2’nin S proteini yarasa SARS-CoV ve bilinmeyen Beta-CoV’nin karışımı ile oluştuğu ve SARS-CoV-2 Wuhan suşundaki S proteininin homolog re- kombinasyon türü değişime uğradığı tespit edilmiştir (She-reen ve ark 2020).
SARS-CoV-2 ve SARSr-CoV; RaTG13 arasındaki nükleotid farklılık %4 olsa da, diğer nötr bölgelerdeki farklılık oranı %17 olarak tespit edilmiş olup, bu da iki virus arasındaki uzaklığın tahmin ettiğimizden daha büyük olduğunu göster-mektedir (Tang ve ark 2020). Araştırmalar, SARS-CoV-2 ve pangolin SARSr-CoV’lerin RBD’lerinin (reseptör bağlanma bölgeleri) fonksiyonel bölgelerindeki yeni varyasyonların gelişmesini, muhtemelen rekombinasyonun yanı sıra mutas- yonlar ve doğal seleksiyondan kaynaklandığını açıklamakta- dır. SARS-CoV-2’ye ait 103 genom analizine dayanılarak bu-güne kadar iki farklı L ve S tipinin oluştuğu gözlenmektedir. L tipi (~ %70) S tipinden (~ %30) daha hızlı yayılabilirken, S tipi nispeten zayıf ve daha hafif kalabilmektedir (Yu ve ark 2020; Jin ve ark 2020). Wuhan’daki salgının erken evrelerin-de L tipi daha yaygınken, Ocak 2020’nin başından itibaren L tipinin sıklığı azalmaya başlamıştır. Yapılan bir çalışma-da, farklı hastalardan izole edilen SARS-CoV-2 izolatlarının sekans analizinde %99.98’den daha fazla dizinin benzerlik gösterdiği ve bu durumun, insanların virusun yeni konakçı- sı olduğunun bir göstergesi olarak kabul edilebileceği bildi-rilmiştir (Tang ve ark 2020). SARS-CoV-2 ile ilgili başka bir çalışma, 120 değişim bölgesinin rekombinasyon olayları ol- madan 8 kodlama bölgesinde eşit olarak dağıldığını da gös-termektedir (Yu ve ark 2020). Eurasian J Vet Sci, 2020, Covid-19 Special Issue
Coronavirusların replikasyonu
CoV’lerin çoğalması konak hücrenin sitoplazmasında ger- çekleşmektedir. Bu viruslar replikasyon için ilk önce S pro-teini ile hücre yüzey reseptörlerine tutunurlar (Tok ve Tatar 2017). S proteininin S1 bölgesi içindeki RBD’ler CoV türü-ne göre değişmektedir. Örneğin; MHV’nin RBD’leri S1’in N-terminusunda yer alırken, diğer CoV’ların (SARS-CoV) RBD’leri S1’in C-terminusunda yer almaktadır. CoV-konak türü arasındaki enfeksiyonun oluşabilmesi ve virusun doku tropizminin oluşmasındaki temel belirleyici, S protein-re-septör ilişkisidir (Fehr ve Perlman 2015). Bazı CoV’ler için reseptörler tanımlanmıştır. Birçok Alfa-Cov, reseptör olarak aminopeptidaz N (APN) kullanmaktadır. MERS-CoV insan hücrelerine giriş için dipeptidil-peptidaz 4’e (DPP4) bağla-nırken, HCoV-NL63, SARS-CoV ve SARS-CoV-2 anjiyotensin dönüştürücü enzim-2’nin (ACE2) farklı bölgelerine bağlan- maktadır. ACE2, kardiak fonksiyonu ve kan basıncının den- gelenmesi için önemli bir hücre yüzeyi çinko-bağlayıcı kar-boksipeptidaz olarak tanımlanmaktadır. ACE2’nin tüm yapı uzunluğu bir N terminal peptidaz domain (PD), yaklaşık 40 rezidudan oluşan hücre içi segmentler ve bir transmembran heliks ile biten C terminal collectrin benzeri domainden oluş- maktadır (Donoghue ve ark 2000). Tip-I ve tip-II alveolar epi-tel hücrelerine ek olarak akciğer, üst özofagus, ileum, kolon, böbrek, mesane, ürotel ve miyokardiyal hücreler, dilin epitel hücreleri, renal tübüler hücreler ve testis hücrelerinde de yüksek seviyede ACE2 reseptörü eksprese edilmektedir (Fan ve ark 2020, Xu ve ark 2020). SARS-CoV-2’nin insanları en-fekte etme potansiyelini anlamak için ACE2 ile bağlantılı olan RBD analiz edilmektedir. Bunun yanında tüm CoV’lar protein
yapısındaki reseptörlere bağlanmamaktadır. Örneğin, sığır coronavirusu (BCoV) ve HCoV-OC43 glikoproteinler ve gli-kolipidlerde bulunan siyalik asit ünitelerine bağlanmaktadır (Payne 2017, Xu ve ark 2020). ACE2 ve S proteini arasında-ki etkileşimlerin hedeflenmesi antiviral tedavide potansiyel bir yaklaşım olarak gündeme gelmektedir. Özellikle S prote-ini içindeki RBD, nötralizan antikorlar için önemli bir hedef olarak gösterilmektedir. SARS-CoV-2’nin olası ara konakçısı/ konakçıları, dirençli konakçıları ve türler arası çapraz geçiş mekanizması bilinmemekle birlikte, salgının daha fazla yayıl- masını önlemek için virus-konakçı ilişkilerinin araştırılması-na daha fazla ihtiyaç duyulmaktadır (Liu ve ark 2020). SARS-CoV ve SARS-CoV-2 benzer şekilde, ACE2'nin peptidaz alanına bağlanmak için S proteinin S1 bölgesinin küçük bir parçası olan RBD’yi kullanmaktadır. RBD, virus-konak hücre etkileşimi için kritik alanı temsil etmektedir (Hoffmann ve ark 2020). S proteini reseptöre bağlandığında, virus hücre arasında bir konformasyonel yapı oluşmakta ve hücreye gi-riş süreci başlamaktadır (Bosch ve ark 2003). CoV’ler zarflı viruslar olduğundan membran ile füzyon sonrasında penet-rasyon gerçekleşmektedir (Payne 2017). Reseptör bağlan-masını takiben, virus daha sonra konak hücre sitoplazmasına erişmelidir. Bunun için genellikle asite bağlı hücresel trans- membran serin proteaz 2 (TMPRRS2) gibi proteazlar yardı- mıyla S proteinin ayrılmasından sonra viral ve hücresel zarf-ların füzyonu gerçekleşmektedir. Ayrılma işlemi S proteinin S2 bölümü içinde iki bölgede olmakta; ilki (S1/S2) RBD ve S proteinin füzyon domainlerinin ayrılması için, ikincisi ise (S2’) füzyon peptidini ortaya çıkarmak için önemlidir (Fehr ve Perlman 2015). Virus sitoplazmaya girdikten sonra RNA Şekil 4. SARS-CoV-2’nin konak hücredeki replikasyonu (Shereen ve ark 2020). ACE2, anjitensin- converting enzim 2; Er, endoplasmik retikulum; ERGIC, ER-golgi intermediate compartment
28
genomu serbest kalır. Virusun replikasyon döngüsündeki bir sonraki basamak, replikaz genin (1.gen) genomik RNA’dan çevrilmesi işlemidir. Replikaz gen, genomik RNA’nın 5’ ucun-da bulunan pp1a ve pp1b iki koterminal poliproteini ifade eden iki büyük ORF; ORF1a ve ORF1b gen bölgelerini kod- lamaktadır. İki poliprotein sentezinden sonra viral proteaz-ların yardımıyla, 16 yapısal olmayan proteine (nsp1-nsp16) dönüştürülür (Susan ve Sonia 2005; Tok ve Tatar, 2017). Bu proteinlerden özellikle nsp3 CoV’lerin virion yapısı, replikas- yonu ve transkripsiyonunda önemli role sahiptir. Ayrıca bir-çok nsp, RNA sentezi için uygun bir ortam sağlamak amacıyla replikaz-transkriptaz kompleksini (RTC) oluşturmaktadır (Snijder ve ark 2003, Fehr ve Perlman 2015). Sonuç olarak nsp’ler, sub-genomik RNA’ların RNA replikasyonu ve trans-kripsiyonundan sorumludurlar. Viral replikaz komplekslerin translasyonu ve olgunlaşmasından sonra viral RNA sentez-lenmektedir. Bu aşamada hem genomik, hem de sub-genomik RNA’lar sentezlenmektedir. Sub-genomik RNA’lar, replikaz poliproteinlerde bulunan yapısal ve yardımcı genlere tıpkı mRNA’lar gibi hizmet etmektedir (Malik 2020). Viral yapısal proteinler (S, E, M, N) ve yardımcı proteinleri kodlayan 2-7 gen bölgeleri sub-genomik mRNA’lardan çevrilmektedir. Yeni sentezlenen yapısal proteinler, N proteini ile birlikte viral genom ile bağlantılı olarak endoplazmik retikulum-golgi ara kompleksinde (ERGIC) lokalize olmaktadır (Sethna ve ark 1991, Stertz ve ark 2007, Tok ve Tatar 2017). Bu kompleksde viral proteinler ve genom N proteini ile birlikte nükleokap-siti oluşturup veziküller şeklinde taşınarak, tomurcuklanma yoluyla hücreden dışarıya serbest kalmaktadır. N proteini CoV replikasyonu için gerekli olmasına rağmen, bu süreçte aldığı rol bilinmemektedir. Ancak, birçok araştırma bu prote- inin nsp3 ile etkileşiminin enfeksiyondaki erken viral repli-kasyonda kritik rol oynadığını göstermektedir (Tok ve Tatar 2017) (Şekil 4). Öneriler CoV’ler son derece büyük pozitif polariteli RNA genomları-na sahiptir. RNA sentezindeki benzersiz mekanizmaları ve enzimlerin kullanılması bu virusları diğer tüm RNA virus-larından ayıran başlıca özelliktir. Bununla birlikte CoV’lerin büyük RNA genomuna sahip olmaları nedeniyle mutasyon ve rekombinasyon türü genom değişimleri bu viruslarda daha fazla görülmektedir. Aynı zamanda, çoklu konakçı tür-lerinde sirküle olan özellikle yarasa CoV’ler rekombinasyon oluşum oranını da arttırmakta ve bu da sıklıkla yeni patoje-nik CoV’lerin ortaya çıkmasını sağlamaktadır. SARS-CoV ve MERS-CoV salgınları, CoV’lerin biyolojisi; viral patogenezi, doku tropizmi, genom yapısı, ekspresyon ve replikasyon hakkında hemen hemen her yönüyle ilgili sayısız çalışmaya ilham vermiştir. Bu bağlamda, SARS-CoV'nin konakçı hücre-lere giriş mekanizmalarının erken tanımlanmasının yanı sıra SARS-CoV’nin proteinleri ile ilgili değerli yapısal ve fonksi-yonel bilginin sağlanmasına da neden olmuştur. SARS-CoV-2, yeni bir pandeminin etiyolojik ajanı olarak tanımlanması
ile birlikte yarasa kökenli CoV’lerin moleküler biyolojisi ve patogenezine yönelik ilgiyi bir kez daha uyandırmıştır. Bu çalışmalar SARS-CoV-2’ye karşı oldukça kısa bir süre içinde spesifik antiviral ajan ve aşıların geliştirilmesi için kullanı-labilecek çok sayıda fonksiyonel ve yapısal bilgi üretmiştir. Ayrıca, ilk aday aşılar şu anda test edilmiş ve SARS-CoV-2’nin proteinlerinin kristal yapıları belirlenmiştir. Çıkar Çatışması Yazarlar herhangi bir çıkar çatışması bildirmemiştir. Finansal Kaynak Bu çalışma sırasında, yapılan araştırma konusu ile ilgili doğ-rudan bağlantısı bulunan herhangi bir ilaç firmasından, tıbbi alet, gereç ve malzeme sağlayan ve/veya üreten bir firma veya herhangi bir ticari firmadan, çalışmanın değerlendirme sürecinde, çalışma ile ilgili verilecek kararı olumsuz etkileye- bilecek maddi ve/veya manevi herhangi bir destek alınma-mıştır. Kaynaklar Bosch BJ, van der Zee R, de Haan CA, Rottier PJ, 2003. The coronavirus spike protein is a class I virus fusion protein: structural and functional characterization of the fusion core complex. J Virol, 77, 8801-8811.
Burrell C, Howard C, Murphy F, 2016. Fenner and White’s medical virology. Beşinci baskı, United States: Academic Press.
Centers for Disease Control and Prevention (CDC), 2018. Se-vere Acute Respiratory Syndrome. https://www.cdc.gov/ sars/about/fs-sars Erişim tarihi: 20.12.2018.
Donoghue M, Hsieh F, Baronas E, Godbout K, et al., 2000. A novel angiotensin-converting enzyme-related carboxy-peptidase (ACE2) converts angiotensin I to angiotensin 1-9. Circ Res, 87 (1), 1–9. Fan C, Li K, Ding Y, Lu W, et al., 2020. ACE2 expression in kid-ney and testis may cause kidney and testis damage after 2019-nCoV infection. MedRxiv, In press. Fehr AR, Perlman S, 2015. Coronaviruses: an overview of the-ir replication and pathogenesis. Methods Mol Biol, 1282, 1-23. Greenwood D, Slack R, Barer M, Irving W, 2012. Medical Mic- robiology, Part 4: Viral Pathogenes and Associated Disea-ses, 18th Edition, Churchill Livingstone. Harapan H, Itoh N, Yufika A, Winardi W, et al., 2020. Co-ronavirus disease 2019 (COVID-19). J Infect Public Health, 13(5), 667–673.
Hoffmann M, Kleine-Weber H, Schroeder S, et al., 2020. SARS-CoV-2 cell entry depends on ACE2 and TMPRSS2 and is blocked by a clinically proven protease inhibitör. Cell, 181, 271-280.
Intenational Committe on Taxonomy of Viruses (ICTV), 2020. Coronaviridae Study Group of the International Committee on Taxonomy of Viruses. The species Severe acute respi-ratory syndrome-related coronavirus: classifying 2019-nCoV and naming it SARS-CoV-2. Nat Mic, 5, 536–544. Jin Y, Yang H, Ji W, Wu W, et al., 2020. Virology, Epidemiology, Pathogenesis, and Control of COVID-19. Viruses, 12 (4). Kasibhatla SM, Kinikar M, Limaye S, Kale MM, et al., 2020. Un-derstanding evolution of SARS-CoV-2: a perspective from analysis of genetic diversity of RdRp gene. J Med Virol, 92, 1932-1937. Kirchdoerfer RN, Cottrell CA, Wang N, et al., 2016. Pre-fusion structure of a human coronavirus spike protein. Nat, 531(7592), 118-21.
Liu Z, Xiao X, Wei X, Li J, et al., 2020. Composition and diver- gence of coronavirus spike proteins and host ACE2 recep-tors predict potential intermediate hosts of SARS-CoV-2. J Med Virol, 92(6), 595-601.
Maclachlan NJ, Dubovi EJ, 2017. Fenner's Veterinary Viro-logy, Part II: Veterinary and Zoonotic Viruses, 5th Edition, United States, Academic Press, 435-461. Malik YA, 2020. Properties of Coronavirus and SARS-CoV-2. Malaysian J Pathol, 42(1), 3–11. Payne S, 2017. Viruses: From understanding to investigation. Chapter 17: Family Coronaviridae, Elsevier Inc. All rights reserved. Academic Press. Sethna PB, Hofmann MA, Brian DA, 1991. Minus-strand copi-es of replicating coronavirus mRNAs contain antileaders. J. Virol, 65(1), 320-5. Shereen MA, Khan S, Kazmi A, Bashir N, 2020. COVID-19 in-fection: Origin, transmission, and characteristics of human coronaviruses. J Advanc Res, 24, 91–98. Snijder EJ, Bredenbeek PJ, Dobbe JC, Thiel V, et al., 2003. Uni-que and conserved features of genome and proteome of SARS coronavirus, an early split-off from the coronavirus group 2 lineage. J Mol. Biol, 331, 991-1004.
Stertz S, Reichelt M, Spiegel M, Kuri T, et al., 2007. The int-racellular sites of early replication and budding of SARS coronavirus. Virology, 361, 304-15. Su S, Wong G, Shi W, Liu J, et al., 2016. Epidemiology, Ge-netic Recombination, and Pathogenesis of Coronaviruses. Trends Microbiol, 24(6), 490-502. Susan RW, Sonia N, 2005. Coronavirus pathogenesis and the emerging pathogen severe acute respiratory syndrome co-ronavirus. Microbiol Mol Biol Rev, 69, 635-664. Tang X, Wu C, Li X, Song Y, et al., 2020. On the origin and con-tinuing evolution of SARS-CoV-2. National Sci Rev, 7(6), 1012-1023. Tok TT, Tatar G, 2017. Structures and Functions of Coronavi-rus Proteins: Molecular Modeling of Viral Nucleoprotein. Int J Virol Infect Dis, 2(1), 1-7. Van Doremalen N, Bushmaker T, Morris DH, Holbrook MG, et al., 2020. Aerosol and Surface Stability of SARS-CoV-2 as Compared with SARS-CoV-1. N Engl J Med, 382(16), 1564-1567. Venkatagopalan P, Daskalova SM, Lopez LA, Dolezal KA, et al., 2015. Coronavirus envelope protein remains at the site of assembly. Virology, 478, 75-85. Wang Y, Liu D, Shi W, Lu R, et al., 2015. Origin and possible ge- netic recombination of the Middle East respiratory syndro-me coronavirus from the first imported case in China: phylogenetics and coalescence analysis. MBio, 6(5), 1-6. Woo P.C, Lau S.K, Huang Y, Yuen K.Y, 2009. Coronavirus di-versity, phylogeny and interspecies jumping. Exp Biol and Med, 234(10), 1117-1127. Xu H, Zhong L, Deng J, Peng J, et al., 2020. High expression of ACE2 receptor of 2019-nCoV on the epithelial cells of oral mucosa. Int J Oral Sci, 12(8), 1-5. Yi Y, Lagniton PNP, Ye S, Li E et al., 2020. COVID-19: what has been learned and to be learned about the novel coronavi-rus disease. Int J Biol Sci, 16 (10), 1753-1766. Yu W, Tang G, Zhang L, Corlett R.T, 2020. Decoding evolution and transmissions of novel pneumonia coronavirus using the whole genomic data. Zool Res, 41(3), 247–257. Yazar Katkıları Fikir/Kavram: Ali Rıza Babaoğlu Tasarım: Ali Rıza Babaoğlu, Seval Bilge Dağalp, Denetleme/Danışmanlık: Seval Bilge Dağalp, Veri Toplama ve/veya İşleme: Ali Rıza Babaoğlu, Seval Bilge Dağalp, Fırat Doğan, Gülizar Acar Kırmızı Analiz ve/veya Yorum: Ali Rıza Babaoğlu, Seval Bilge Dağalp, Fırat Doğan Kaynak Taraması: Ali Rıza Babaoğlu, Seval Bilge Dağalp, Fırat Doğan, Gülizar Acar Kırmızı
Makalenin Yazımı: Ali Rıza Babaoğlu, Seval Bilge Dağalp, Fırat Doğan
Eleştirel İnceleme: Ali Rıza Babaoğlu, Seval Bilge Dağalp
CITE THIS ARTICLE: Babaoğlu AR, Bilge Dağalp S, Doğan F, Acar Kırmızı G, 2020. Sars-CoV-2’nin genom organizasyonu. Eurasian J Vet Sci, Covid-19 Special Issue, 23-29
